新型 PPARγ配体系列：解锁核受体构象动态调控密码

为探究核受体（NRs）功能构象，研究人员开发 PPARγ配体系列，揭示其调控机制，助力药物研发。

　　在生命的微观世界里，核受体（NRs）如同一个个精密的分子开关，掌控着基因表达的 “大门”。它们能与内源性代谢物及合成配体结合，进而调控基因的转录过程，众多 FDA 批准的药物都通过作用于核受体发挥疗效。目前，学界对于激动剂诱导的核受体功能结构基础有了一定了解，但仍有诸多谜团待解。例如，转录活性的分级调控、转录抑制（反向激动作用）的机制，以及激动剂和反向激动剂对受体构象的选择方式尚不明确。此外，大多数核受体配体系列功能较为单一，缺乏能涵盖从激活到抑制全功能范围的配体，这极大地限制了人们对核受体功能构象的深入探究。

为了攻克这些难题，来自美国斯克里普斯研究所（Scripps Research）和范德堡大学（Vanderbilt University）等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们聚焦于过氧化物酶体增殖物激活受体 γ（PPAR_γ），开发出一系列新型配体，成功揭示了配体对 PPAR_γ构象动态调控的分子机制。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为相关领域的药物研发提供了全新的思路和方向。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。蛋白质表达与纯化技术用于获取研究所需的人 PPAR_γ LBD 蛋白；时间分辨荧光共振能量转移（TR-FRET）、荧光偏振（FP）等生化分析技术，以及转录报告基因检测、基因表达分析等细胞实验技术，用于全面评估配体对 PPAR_γ功能的影响；核磁共振（NMR）光谱技术则用于实时监测 PPAR_γ LBD 的构象变化；此外，研究人员还通过结晶与结构测定技术，解析了 PPAR_γ LBD 与配体及共调节因子肽结合的晶体结构，结合密度泛函理论（DFT）量子力学（QM）计算，深入探究了配体的结合模式和作用机制。

下面来详细看看研究结果。

• 设计提升反向激动作用的假设：研究人员通过对 PPAR_γ LBD 转录激活和抑制构象的晶体结构分析，发现一些可能影响反向激动作用的关键特征。在激活构象中，螺旋 12 暴露于溶剂中，与螺旋 3 - 5 共同形成 AF - 2 表面，用于招募共激活因子；而在抑制构象中，螺旋 12 占据正构配体结合口袋，AF - 2 表面的其余区域暴露，便于与共抑制因子肽结合。基于此，研究人员提出假设：带有极性芳香 R₁基团的 2 - 氯 - 5 - 硝基苯甲酰胺化合物，可能通过 R₁基团与芳香三联体的 π - 堆积作用，稳定转录抑制构象。为验证这一假设，研究人员对相关化合物进行了实验分析。结果表明，ZINC5672437 等化合物表现出部分共抑制因子选择性反向激动作用，其作用机制与极性取代导致的相互作用变化有关，这为后续研究奠定了基础。
• 涵盖分级抑制和激活的配体系列：研究人员合成并测试了二十种含有不同取代基的 2 - 氯 - 5 - 硝基苯甲酰胺类似物。通过多种生化和细胞实验，他们发现这些化合物具有广泛的分级活性，从转录抑制（增强共抑制因子招募和结合亲和力）到转录激活（增强共激活因子招募和结合亲和力）不等。部分化合物如 SR33068 和 SR36708 在抑制 3T3 - L1 细胞中 aP2 表达方面表现出色，而 SR33487、SR401841 等则具有 PPAR_γ激动剂特性。此外，研究人员还发现化学修饰与活性之间存在一定关联，且生化和细胞实验数据之间具有高度相关性，这表明基于纯化 PPAR_γ LBD 蛋白的功能活性分析，能够有效解释配体系列对全长 PPAR_γ转录活性及靶基因表达的影响。
• 晶体结构揭示共抑制因子选择性功效提升的机制：为深入了解反向激动作用增强的结构基础，研究人员解析了 PPAR_γ LBD 与 NCoR1 共抑制因子肽及多种化合物结合的晶体结构。结果显示，这些结构中的抑制性 PPAR_γ LBD 构象高度相似，螺旋 12 均处于正构配体结合口袋内，暴露出更大的 AF - 2 表面以结合 NCoR1 CoRNR 基序。进一步分析发现，化合物中的吡啶氮及 R₁基团与芳香三联体残基存在 π - 堆积相互作用，且部分化合物的取代基可替代 T0070907 与 His323 之间的水桥相互作用。DFT - QM 计算表明，部分化合物的取代吡啶 R₁基团可提供更有利的结合自由能，但实验中配体的功效还可能受其他因素影响，如其他残基作用、水桥相互作用或化合物结构刚性等。
• 配体改变功能性 LBD 构象集合：研究人员推测配体系列中反向激动作用的提升可能源于两种机制：一是维持 T0070907 - LBD 的两种长寿命构象并减缓其转换速率；二是使构象集合向抑制性构象偏移并稳定该构象。通过对比 2D [¹H,¹⁵N] - TROSY - HSQC NMR 数据，研究人员发现反向激动作用增强的化合物会使 LBD 构象集合向代表抑制性构象的单一峰偏移，而部分反向激动剂或激动剂则会出现不同的 NMR 峰模式，反映出其对构象集合的不同影响。对 Gly399 等残基的 NMR 化学位移分析表明，NMR 检测到的结构群体变化与配体系列的分级活性具有较高相关性，这有力地支持了配体可改变 PPAR_γ LBD 构象集合的假设。

综合研究结论和讨论部分，该研究意义重大。研究人员定义了更全面的 PPAR_γ LBD 构象集合，揭示了同一支架上的化合物可选择无配体状态下天然存在的抑制性和激活样构象。这一发现表明，PPAR_γ反向激动作用存在两种不同机制，为深入理解 PPAR_γ的功能调控提供了全新视角。同时，NMR 技术在构效关系分析中的应用，成功解释了配体系列的转录激活和抑制活性，弥补了晶体结构研究的不足。在 PPAR_γ反向激动剂用于膀胱癌治疗研发备受关注的当下，该研究成果为评估、解释和预测 PPAR_γ化合物的细胞转录活性提供了可靠平台，有望推动相关药物研发取得新突破，为膀胱癌等疾病的治疗带来新的希望。